Η κατασκευή του κοίλου χρονολογείται ανάμεσα στα έτη 367- 330 π.Χ.. Την περίοδο αυτή τοποθετείται η δράση του ολυμπιονίκη Αντίοχου από το Λέπρεο, ο οποίος ανέθεσε και τις προεδρίες του κοίλου, όπως αναγράφεται στις επιγραφές που διατηρούνται στο ερεισίνωτο των προεδριών. Το θέατρο κατασκευάστηκε αρχικά χωρίς σκηνικό οικοδόμημα. Με τον τρόπο αυτό διασφαλιζόταν η ορατότητα του προπύλου του Θερσιλείου από το κοίλο του θεάτρου. Το Θερσίλειο ήταν το Βουλευτήριο του Κοινού των Αρκάδων, όπου συνεδρίαζαν οι μύριοι. Όταν το Θερσίλειο καταστράφηκε το 222/3 π.Χ. κατασκευάστηκε το λίθινο προσκήνιο, όπως απαιτούσε και η πιο εξελιγμένη θεατρική τέχνη της εποχής.

Το κοίλο του Θεάτρου χωριζόταν σε τρεις ζώνες, οι οποίες διαχωρίζονταν με δύο διαζώματα. Στην πρώτη ζώνη υπήρχαν η σειρά των προεδριών και είκοσι μία σειρές εδωλίων, στη δεύτερη ζώνη υπήρχαν είκοσι δύο σειρές και στην τρίτη ζώνη δεκαεπτά. Οι δύο πρώτες ζώνες χωρίζονταν σε εννέα κερκίδες, εξυπηρετούμενες από δέκα κλίμακες, ενώ η ανώτατη ζώνη είχε δεκαέξι κερκίδες. Με την πάροδο των χρόνων το μεγαλύτερο μέρος των εδωλίων και των κλιμάκων αφαιρέθηκε και σήμερα σώζονται μόνο οι κατώτερες σειρές της πρώτης ζώνης. Την πρώτη σειρά των εδωλίων και στις εννέα κερκίδες καταλαμβάνουν οι προεδρίες, οι οποίες είναι κατασκευασμένες από ασβεστόλιθο και σχηματίζουν εννέα εκτεταμένους θρόνους με ερεισίνωτα και ερεισίχειρα. Στο ερεισίνωτο φέρουν επιγραφή που αναφέρει ότι η κατασκευή τους χρηματοδοτήθηκε από τον αγωνοθέτη Αντίοχο και το όνομα μιας από τις εννέα Αρκαδικές φυλές στην κάθε μια. Μπροστά από τις προεδρίες, μεταξύ της ορχήστρας και του κοίλου, λειτουργεί ακόμη και σήμερα λίθινος αγωγός, ο «εύριπος», ο οποίος απάγει τα όμβρια ύδατα εκτός του χώρου του θεάτρου.